JP7038956B2 - Negative electrode active material with high output characteristics and lithium secondary battery containing it - Google Patents

Negative electrode active material with high output characteristics and lithium secondary battery containing it Download PDF

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Description

本発明は、高出力特性を有する負極活物質及びそれを含むリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material having high output characteristics and a lithium secondary battery containing the same.

本出願は、2017年3月21日出願の韓国特許出願第10-2017-0035600号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。 This application claims priority based on Korean Patent Application No. 10-2017-0035600 filed on March 21, 2017, and all the contents disclosed in the specification and drawings of the relevant application are incorporated in this application. To.

化石燃料の枯渇によってエネルギー源の価格が上昇し、環境汚染への関心が高まるにつれて、未来の生活のためには環境にやさしい代替エネルギー源が必須不可欠な要因になっている。 As fossil fuel depletion raises the price of energy sources and raises concerns about environmental pollution, environmentally friendly alternative energy sources have become an essential factor for future life.

携帯電話、カムコーダー及びノートパソコン、さらには電気自動車のエネルギーまで適用分野が拡がるとともに、電気化学素子の研究と開発に対する努力が益々具体化されている。 With the expansion of application fields to the energy of mobile phones, camcoders and laptop computers, and even electric vehicles, efforts for research and development of electrochemical elements are becoming more and more concrete.

電気化学素子はこのような面から最も注目されている分野であり、中でも充放電が自在な二次電池の開発は関心を集めている。近年はこのような電池の開発において、容量密度及び比エネルギーを向上させるために新たな電極と電池の設計に関連する研究開発が行われている。 Electrochemical devices are the field that has received the most attention from this aspect, and the development of secondary batteries that can be charged and discharged freely is of particular interest. In recent years, in the development of such batteries, research and development related to the design of new electrodes and batteries have been carried out in order to improve the capacity density and specific energy.

特に近年、リチウム二次電池の場合、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、マイクロハイブリッド自動車(μ-HEV)などの動力源としての使用が実現しており、グリッド化を通じた電力補助電源などの用途としても使用領域が拡がっている。 Particularly in recent years, in the case of lithium secondary batteries, the use as a power source for electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), micro-hybrid vehicles (μ-HEV), etc. has been realized, and power assistance through grid formation has been realized. The range of use is expanding as a power source and other applications.

マイクロハイブリッド自動車は、部分的に二次電池を使用する形態であって、そこに用いられる12Vデュアル又は48Vの二次電池の開発はより高い出力性能を要求する方向に進んでいる。 The micro-hybrid vehicle partially uses a secondary battery, and the development of the 12V dual or 48V secondary battery used therein is proceeding in the direction of demanding higher output performance.

一方、リチウムチタン酸化物は初期充電及び放電サイクルの効率がほぼ100%に近く、作動電圧が高くて電解質分解反応による負極の表面被膜が形成されないため、高出力用負極素材としての応用が期待されている。 On the other hand, lithium-titanium oxide is expected to be applied as a negative electrode material for high output because the efficiency of the initial charge and discharge cycle is close to 100%, the operating voltage is high, and the surface film of the negative electrode is not formed by the electrolyte decomposition reaction. ing.

したがって、20C以上の高速充放電特性を具現するためには、リチウムチタン酸化物の適用が必須であるが、従来使用したリチウムチタン酸化物では該当出力を満足できないという問題点がある。 Therefore, in order to realize the high-speed charge / discharge characteristics of 20C or more, it is essential to apply lithium titanium oxide, but there is a problem that the corresponding output cannot be satisfied with the conventionally used lithium titanium oxide.

そこで、高出力特性を要するハイブリッド自動車分野に適用可能なリチウムチタン酸化物負極材料の開発が依然として求められている。 Therefore, there is still a need to develop a lithium titanium oxide negative electrode material that can be applied to the field of hybrid automobiles that require high output characteristics.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、高出力特性を有する電池に使用可能であって、製造工程が容易な負極活物質を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、前記負極活物質を備えるリチウム二次電池を提供することである。
Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a negative electrode active material that can be used in a battery having high output characteristics and whose manufacturing process is easy.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode active material.

上記の課題を解決するため、本発明の一態様によれば、下記具現例の負極活物質が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, the negative electrode active material of the following embodiment is provided.

第1具現例は、リチウムチタン酸化物粒子を含む負極活物質であって、前記リチウムチタン酸化物粒子が0.5μm~9μmの平均粒径(D50)、3m/g~7m/gの比表面積、及び64MPaの圧力下で1.7g/cc以上のペレット密度を有し、前記リチウムチタン酸化物が下記化学式1で表される負極活物質に関する。 The first embodiment is a negative electrode active material containing lithium titanium oxide particles, wherein the lithium titanium oxide particles have an average particle size (D50) of 0.5 μm to 9 μm and 3 m 2 / g to 7 m 2 / g. It relates to a negative electrode active material having a specific surface area and a pellet density of 1.7 g / cc or more under a pressure of 64 MPa, and the lithium titanium oxide is represented by the following chemical formula 1.

[化1]
LiTi
(式において、MはZr、B、Sn、S、Be、Ge及びZnからなる群より選択された1種または2種以上の混合物であり、0.5≦x≦5、1≦y≦5、2≦z≦12、0≦w<0.1である。)
[Chemical 1]
Li x Ty Oz M w
(In the formula, M is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of Zr, B, Sn, S, Be, Ge and Zn, 0.5 ≦ x ≦ 5, 1 ≦ y ≦ 5. , 2 ≦ z ≦ 12, 0 ≦ w <0.1)

第2具現例は、第1具現例において、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子及び前記1次粒子から形成された2次粒子からなる群より選択された1種以上の負極活物質に関する。 The second embodiment relates to one or more negative electrode active materials selected from the group in which the lithium titanium oxide particles consist of primary particles and secondary particles formed from the primary particles in the first embodiment.

第3具現例は、第2具現例において、前記1次粒子が0.2μm~1.2μmの平均粒径(D50)、及び5m/g~7m/gの比表面積を有する負極活物質に関する。 The third embodiment is a negative electrode active material in which the primary particles have an average particle size (D50) of 0.2 μm to 1.2 μm and a specific surface area of 5 m 2 / g to 7 m 2 / g in the second embodiment. Regarding.

第4具現例は、第2具現例または第3具現例において、前記1次粒子が64MPaの圧力下で1.7g/cc~1.82g/ccのペレット密度を有する負極活物質に関する。 The fourth embodiment relates to a negative electrode active material in which the primary particles have a pellet density of 1.7 g / cc to 1.82 g / cc under a pressure of 64 MPa in the second embodiment or the third embodiment.

第5具現例は、第2具現例において、前記2次粒子が2μm~9μmの平均粒径(D50)、及び3m/g~4.9m/gの比表面積を有する負極活物質に関する。 A fifth embodiment relates to a negative electrode active material in which the secondary particles have an average particle size (D50) of 2 μm to 9 μm and a specific surface area of 3 m 2 / g to 4.9 m 2 / g in the second embodiment.

第6具現例は、第2具現例または第5具現例において、前記2次粒子が64MPaの圧力下で1.75g/cc~1.85g/ccのペレット密度を有する負極活物質に関する。 The sixth embodiment relates to a negative electrode active material in which the secondary particles have a pellet density of 1.75 g / cc to 1.85 g / cc under a pressure of 64 MPa in the second embodiment or the fifth embodiment.

第7具現例は、第2具現例~第6具現例のうちいずれか一具現例において、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子と2次粒子との混合物であり、前記1次粒子と2次粒子との重量比が1:9~4:6である負極活物質に関する。 In the seventh embodiment, in any one of the second embodiment to the sixth embodiment, the lithium titanium oxide particles are a mixture of primary particles and secondary particles, and the primary particles and 2 are used. It relates to a negative electrode active material having a weight ratio of 1: 9 to 4: 6 with subatomic particles.

第8具現例は、第1具現例~第7具現例のうちいずれか一具現例において、前記リチウムチタン酸化物がLi0.8Ti2.2、Li2.67Ti1.33、Li1.33Ti1.67、Li1.14Ti1.71、LiTi12、LiTi及びLiTiOからなる群より選択された1種以上の負極活物質に関する。 In the eighth embodiment, in any one of the first embodiment to the seventh embodiment, the lithium titanium oxide is Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O. 4. One or more selected from the group consisting of 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , Li 1.14 Ti 1.71 O 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li Ti 2 O 4 and Li 2 TiO 3 . Regarding the negative electrode active material of.

第9具現例は、第1具現例~第8具現例のうちいずれか一具現例において、前記負極活物質が炭素質材料;Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、NiまたはFeである金属類(Me);前記金属類(Me)の合金類;前記金属類(Me)の酸化物(MeOx);及び前記金属類(Me)と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか1つの活物質またはこれらのうち2種以上の混合物をさらに含む負極活物質に関する。 In the ninth embodiment, in any one of the first embodiment to the eighth embodiment, the negative electrode active material is a carbonaceous material; Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe. Metals (Me); alloys of the metals (Me); oxides of the metals (Me) (MeOx); and composites of the metals (Me) and carbon. The present invention relates to a negative electrode active material further comprising any one active material or a mixture of two or more of them.

上記の課題を解決するため、本発明の他の態様によれば、下記具現例のリチウム二次電池が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery according to the following embodiment is provided.

第10具現例は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータ、及び電解液を含み、前記負極活物質が第1具現例~第9具現例のうちいずれか一具現例の負極活物質であるリチウム二次電池に関する。 The tenth embodiment includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution, and the negative electrode active material is the first embodiment. The present invention relates to a lithium secondary battery which is a negative electrode active material of any one of the ninth embodiment.

本発明の一実施例によれば、粒子の平均粒径(D50)、比表面積(BET)、及びペレット密度の範囲を制御して得られた負極活物質を使用することで、高レートにおける容量維持率を改善し、初期容量を確保して、マイクロハイブリッド電池のような高出力を要する自動車用電池に適用することができる。 According to one embodiment of the present invention, by using a negative electrode active material obtained by controlling the range of average particle size (D50), specific surface area (BET), and pellet density of particles, the capacity at a high rate is used. It can be applied to automobile batteries that require high output, such as microhybrid batteries, by improving the maintenance rate and securing the initial capacity.

以下、本発明について詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms and words used herein and in the scope of the claims should not be construed in a general or lexical sense only, and the inventor himself should explain the invention in the best possible way. It must be interpreted in the meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention in accordance with the principle that the concept of terms can be properly defined. Therefore, the examples and configurations described herein are merely one of the most desirable embodiments of the invention and do not represent all of the technical ideas of the invention and are therefore at the time of this application. It must be understood that there can be a variety of equivalents and variants that can be substituted for.

本発明の一態様による負極活物質は、リチウムチタン酸化物粒子を含む負極活物質であって、前記リチウムチタン酸化物粒子が0.5μm~9μmの平均粒径(D50)、3m/g~7m/gの比表面積、及び64MPaの圧力下で1.7g/cc以上のペレット密度を有し、前記リチウムチタン酸化物が下記化学式1で表される負極活物質である。 The negative electrode active material according to one aspect of the present invention is a negative electrode active material containing lithium titanium oxide particles, wherein the lithium titanium oxide particles have an average particle size (D50) of 0.5 μm to 9 μm, and 3 m 2 / g to. The lithium titanium oxide has a specific surface area of 7 m 2 / g and a pellet density of 1.7 g / cc or more under a pressure of 64 MPa, and the lithium titanium oxide is a negative electrode active material represented by the following chemical formula 1.

[化1]
LiTi
(式において、MはZr、B、Sn、S、Be、Ge及びZnからなる群より選択された1種または2種以上の混合物であり、0.5≦x≦5、1≦y≦5、2≦z≦12、0≦w<0.1である。)
[Chemical 1]
Li x Ty Oz M w
(In the formula, M is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of Zr, B, Sn, S, Be, Ge and Zn, 0.5 ≦ x ≦ 5, 1 ≦ y ≦ 5. , 2 ≦ z ≦ 12, 0 ≦ w <0.1)

また、前記リチウムチタン酸化物は、スピネル(spinel)型、ペロブスカイト(perovskite)型、及び斜方晶系(orthorhombic)型のうち1種以上の結晶構造を有し得るが、これらに制限されない。 Further, the lithium titanium oxide may have one or more crystal structures of a spinel type, a perovskite type, and an orthorhombic type, but is not limited thereto.

前記リチウムチタン酸化物は、例えば、Li0.8Ti2.2、Li2.67Ti1.33、Li1.33Ti1.67、Li1.14Ti1.71、LiTi12、LiTi及びLiTiOなどであり得、詳しくは、充放電時に結晶構造の変化が少なくて優れたスピネル構造のLiTi12、Li1.33Ti1.67またはLiTiであり得る。しかし、これらに限定されることはない。 The lithium titanium oxide is, for example, Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , Li 1.14 Ti 1.71 . It can be O 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 O 4 and Li 2 TiO 3 , and more specifically, Li 4 Ti 5 O 12 and Li, which have an excellent spinel structure with little change in crystal structure during charging and discharging. It can be 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 . However, it is not limited to these.

本発明の一実施例によれば、前記リチウムチタン酸化物(LTO)は、リチウムチタン酸化物1次粒子の形態、1次粒子が複数凝集して形成された2次粒子の形態、または、1次粒子と2次粒子との混合物の形態であり得る。 According to one embodiment of the present invention, the lithium titanium oxide (LTO) is in the form of lithium titanium oxide primary particles, or in the form of secondary particles formed by agglomeration of a plurality of primary particles, or 1 It can be in the form of a mixture of subatomic particles and secondary particles.

また、本発明の一実施例によれば、前記リチウムチタン酸化物は、リチウムチタン酸化物2次粒子の外に、凝集していない遊離リチウムチタン酸化物1次粒子を少量含み得るが、実質的に2次粒子からなり得る。 Further, according to one embodiment of the present invention, the lithium titanium oxide may contain a small amount of unaggregated free lithium titanium oxide primary particles in addition to the lithium titanium oxide secondary particles, but substantially. Can consist of secondary particles.

本発明の一実施例によれば、負極活物質として使用されるリチウムチタン酸化物は、詳しくは、前記2次粒子形態のリチウムチタン酸化物が、負極に含まれるリチウムチタン酸化物100重量%に対して60重量%以上、70重量%以上、80重量%以上、90重量%以上、95重量%以上または99重量%以上であり得る。 According to one embodiment of the present invention, the lithium titanium oxide used as the negative electrode active material is, specifically, the lithium titanium oxide in the secondary particle form is 100% by weight of the lithium titanium oxide contained in the negative electrode. On the other hand, it may be 60% by weight or more, 70% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight or more, 95% by weight or more, or 99% by weight or more.

本発明の一実施例によれば、前記リチウムチタン酸化物(LTO)がリチウムチタン酸化物1次粒子と2次粒子との混合物の形態である場合、1次粒子と2次粒子との重量比は、1:9~4:6、詳しくは1:9~3:7であり得る。このような重量比の範囲を満足する場合、所定のペレット密度に合わせて高出力電池に適用可能である。 According to one embodiment of the present invention, when the lithium titanium oxide (LTO) is in the form of a mixture of lithium titanium oxide primary particles and secondary particles, the weight ratio of the primary particles to the secondary particles. Can be 1: 9 to 4: 6, specifically 1: 9 to 3: 7. When the range of such a weight ratio is satisfied, it can be applied to a high output battery according to a predetermined pellet density.

本発明において、リチウムチタン酸化物粒子は、0.5μm~9μmの平均粒径(体積基準平均粒径、D50)を有し、詳しくは2μm~8μm、より詳しくは3.5μm~7.5μmの平均粒径を有し得る。 In the present invention, the lithium titanium oxide particles have an average particle size of 0.5 μm to 9 μm (volume-based average particle size, D50), specifically 2 μm to 8 μm, and more specifically 3.5 μm to 7.5 μm. Can have an average particle size.

具体的に、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子である場合、1次粒子のD50は0.2μm~1.2μm、詳しくは0.4μm~0.7μmであり得る。また、前記リチウムチタン酸化物粒子が2次粒子である場合、前記2次粒子のD50は2μm~9μm、詳しくは3.5μm~8.2μmであり得る。ここで、体積基準平均粒径であるD50は粒径を粒度分析機で測定して小さい粒子から体積を累積する場合、総体積の50%に該当する粒子の粒径を意味する。 Specifically, when the lithium titanium oxide particles are primary particles, the D50 of the primary particles may be 0.2 μm to 1.2 μm, more specifically 0.4 μm to 0.7 μm. When the lithium titanium oxide particles are secondary particles, the D50 of the secondary particles may be 2 μm to 9 μm, more specifically 3.5 μm to 8.2 μm. Here, D50, which is the volume-based average particle size, means the particle size of the particles corresponding to 50% of the total volume when the particle size is measured by the particle size analyzer and the volume is accumulated from the small particles.

前記1次粒子及び2次粒子は、それぞれ独立して、球形または類似球形の形態を有し得、ここで類似球形とは楕円形を含む3次元的な体積を有するものであって、形態を特定できない無定形などあらゆる形態の粒子を含む。 The primary particles and the secondary particles can independently have a spherical or similar spherical shape, and the similar spherical shape has a three-dimensional volume including an elliptical shape, and has a morphology. Includes particles of all forms, including non-identifiable irregular shapes.

また、本発明の一実施例において、前記負極活物質層は、多数の気孔が存在する多孔構造であり、このような多孔構造は、例えば後述するような様々なリチウムチタン酸化物粒子の形状による特徴のうち1つ以上から起因し得る。 Further, in one embodiment of the present invention, the negative electrode active material layer has a porous structure in which a large number of pores are present, and such a porous structure depends on, for example, the shape of various lithium titanium oxide particles as described later. It can result from one or more of the features.

前記リチウムチタン酸化物2次粒子は、凝集した1次粒子同士の間に形成された多数の気孔によって2次粒子の表面及び本体の内部に多数の気孔が形成される多孔性構造を有する。また、リチウムチタン酸化物1次粒子は、表面及び内部である粒子本体に多数の1次気孔が形成されている多孔性構造を有し得る。多数の前記気孔は1つ以上の隣接した他の気孔と相互連結されて、電解液の通路として機能することができる。したがって、粒子内部に形成されて相互連結されている多数の気孔が電解液の移動通路としての機能を果たす。 The lithium-titanium oxide secondary particles have a porous structure in which a large number of pores are formed on the surface of the secondary particles and inside the main body by a large number of pores formed between the aggregated primary particles. Further, the lithium titanium oxide primary particles may have a porous structure in which a large number of primary pores are formed on the surface and the particle body inside the particles. The large number of the pores can be interconnected with one or more adjacent other pores to function as a passage for the electrolyte. Therefore, a large number of pores formed inside the particles and interconnected serve as a passage for the electrolytic solution.

本発明において、リチウムチタン酸化物粒子は、3m/g~7m/gの比表面積を有し、詳しくは3.5m/g~6.5m/g、より詳しくは4m/g~6.3m/gの比表面積を有し得る。 In the present invention, the lithium titanium oxide particles have a specific surface area of 3 m 2 / g to 7 m 2 / g, specifically 3.5 m 2 / g to 6.5 m 2 / g, more specifically 4 m 2 / g. It may have a specific surface area of ~ 6.3 m 2 / g.

前記リチウムチタン酸化物粒子の比表面積がこのような範囲を満足すれば、レート特性に優れた高出力を確保することができる。 If the specific surface area of the lithium titanium oxide particles satisfies such a range, high output with excellent rate characteristics can be ensured.

具体的に、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子である場合、1次粒子の比表面積は5m/g~7m/g、詳しくは6m/g~6.5m/gであり得る。また、前記リチウムチタン酸化物粒子が2次粒子である場合、前記2次粒子の比表面積は3m/g~4.9m/g、詳しくは3.5m/g~4.8m/gであり得る。ここで、比表面積はBET比表面積分析装置(Brunauer Emmett Teller、BET)を用いて測定した。 Specifically, when the lithium titanium oxide particles are primary particles, the specific surface area of the primary particles is 5 m 2 / g to 7 m 2 / g, specifically 6 m 2 / g to 6.5 m 2 / g. obtain. When the lithium titanium oxide particles are secondary particles, the specific surface area of the secondary particles is 3 m 2 / g to 4.9 m 2 / g, specifically 3.5 m 2 / g to 4.8 m 2 /. Can be g. Here, the specific surface area was measured using a BET specific surface area analyzer (Brunauer Emmet Teller, BET).

前記ペレット密度(圧延密度)は、負極活物質を圧延するとき、どのくらい圧延できるかを比べたものである。圧延密度が高いほど、セルのエネルギー密度が高まり、圧延密度が低いほど、粒子強度が高くて小粒子(1次粒子)の含量が少なくなり得る。 The pellet density (rolling density) is a comparison of how much the negative electrode active material can be rolled when it is rolled. The higher the rolling density, the higher the energy density of the cell, and the lower the rolling density, the higher the particle strength and the lower the content of small particles (primary particles).

前記負極活物質の圧延密度の測定は、例えば三菱ケミカル製の粉体抵抗測定機MCP-PD51を使用して測定することができる。前記粉体抵抗測定機の場合、シリンダー型のロードセル(load cell)に一定量の負極活物質粒子を入れて力を加え続け、粒子が押されながら測定される密度を測定する。粒子強度が高いほど、同一圧力で少し押されるため圧延密度が低くなり、適正量の小粒径のリチウムチタン酸化物粒子が存在する場合、圧延密度が高くなり得る。 The rolling density of the negative electrode active material can be measured using, for example, a powder resistance measuring machine MCP-PD51 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. In the case of the powder resistance measuring machine, a certain amount of negative electrode active material particles are put into a cylinder type load cell and continuous force is applied to measure the density measured while the particles are pressed. The higher the particle strength, the lower the rolling density because it is pushed a little at the same pressure, and the rolling density can be higher when an appropriate amount of small particle size lithium-titanium oxide particles are present.

本発明において、リチウムチタン酸化物粒子は、64MPaの圧力下で1.7g/cc以上のペレット密度を有し、64MPaの圧力下で1.7g/cc~1.85g/cc、より詳しくは1.74g/cc~1.82g/ccのペレット密度を有し得る。 In the present invention, the lithium titanium oxide particles have a pellet density of 1.7 g / cc or more under a pressure of 64 MPa, 1.7 g / cc to 1.85 g / cc under a pressure of 64 MPa, and more particularly 1 It can have a pellet density of .74 g / cc to 1.82 g / cc.

具体的に、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子である場合、1次粒子のペレット密度は64MPaの圧力下で1.7g/cc~1.82g/cc、詳しくは1.72g/cc~1.78g/ccであり得る。また、前記リチウムチタン酸化物粒子が2次粒子である場合、前記2次粒子のペレット密度は64MPaの圧力下で1.75g/cc~1.85g/cc、詳しくは1.76g/cc~1.82g/ccであり得る。 Specifically, when the lithium titanium oxide particles are primary particles, the pellet density of the primary particles is 1.7 g / cc to 1.82 g / cc under a pressure of 64 MPa, specifically 1.72 g / cc to. It can be 1.78 g / cc. When the lithium titanium oxide particles are secondary particles, the pellet density of the secondary particles is 1.75 g / cc to 1.85 g / cc, specifically 1.76 g / cc to 1, under a pressure of 64 MPa. It can be .82 g / cc.

前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子のみから構成される場合、ペレット密度が1.7g/cc以上であればAlホイルのような集電体が破れる現象が生じないが、2次粒子から構成される場合は、ペレット密度が1.75g/cc以上にならなければ集電体が破れる問題を防止することができない。前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子のみから構成される場合は、強い圧力が加えられても集電体までその圧力が伝達されないが、大粒子(2次粒子)がある場合は加えられた圧力が集電体まで伝達されるためである。 When the lithium titanium oxide particles are composed of only primary particles, if the pellet density is 1.7 g / cc or more, the phenomenon that the current collector like Al foil is broken does not occur, but it is composed of secondary particles. If this is the case, the problem of tearing of the current collector cannot be prevented unless the pellet density is 1.75 g / cc or more. When the lithium titanium oxide particles are composed of only primary particles, the pressure is not transmitted to the current collector even if a strong pressure is applied, but when there are large particles (secondary particles), the pressure is applied. This is because the pressure is transmitted to the current collector.

粒子の個数から考えれば、前記リチウムチタン酸化物粒子が1次粒子のみから構成される場合、2次粒子から構成されるときより1次粒子の個数が多いため、相対的に弱い圧力がAlホイルのような集電体に伝達され得る。しかし、前記リチウムチタン酸化物粒子が2次粒子から構成される場合、1次粒子のみから構成されるときよりも個数が少ないため、1つの粒子に伝達される圧力がより大きくなり、集電体に加えられる衝撃がより大きくなり得る。したがって、前記リチウムチタン酸化物粒子が2次粒子から構成される場合、電極製造時により十分圧着されねばならず、このとき、より十分圧着される(あるいは、より十分押される)とは、同じ圧力条件で力をより少なめに受けなければならない、すなわちペレット密度値が大きくなければならないということを意味する。 Considering the number of particles, when the lithium titanium oxide particles are composed of only primary particles, the number of primary particles is larger than when they are composed of secondary particles, so that a relatively weak pressure is applied to Al foil. Can be transmitted to a current collector such as. However, when the lithium titanium oxide particles are composed of secondary particles, the number of the lithium titanium oxide particles is smaller than that of the case where the lithium titanium oxide particles are composed of only primary particles, so that the pressure transmitted to one particle is larger and the current collector is collected. The impact applied to can be greater. Therefore, when the lithium titanium oxide particles are composed of secondary particles, they must be sufficiently crimped at the time of electrode production, and at this time, more sufficiently crimped (or more sufficiently pressed) is the same pressure. It means that the condition must receive less force, i.e. the pellet density value must be higher.

前記リチウムチタン酸化物2次粒子が他の2次粒子と、または、隣接した他の2次粒子に含まれた1次粒子と接触することで、接触した2つの粒子の間に形成される気孔が負極活物質層の多孔性特性に影響を及ぼし得る。 Pore formed between two contacted particles by contacting the lithium titanium oxide secondary particles with other secondary particles or with primary particles contained in adjacent other secondary particles. Can affect the porosity properties of the negative electrode active material layer.

前記リチウムチタン酸化物はスピネル構造であって、3次元的Li拡散経路を有して急速充電及び高出力特性の具現に有利である。また、充放電時に本来の結晶構造を維持する特性があるため、構造的安定性に優れる。 The lithium titanium oxide has a spinel structure and has a three-dimensional Li diffusion path, which is advantageous for rapid charging and realization of high output characteristics. In addition, it has excellent structural stability because it has the property of maintaining the original crystal structure during charging and discharging.

また、前記リチウムチタン酸化物は70~200mAh/g、望ましくは100~170mAh/g、より望ましくは110~160mAh/gの放電容量を有し得る。 Further, the lithium titanium oxide may have a discharge capacity of 70 to 200 mAh / g, preferably 100 to 170 mAh / g, and more preferably 110 to 160 mAh / g.

本発明の一実施例によれば、前記リチウムチタン酸化物粒子は、100nm~200nmの結晶粒の大きさを有し、詳しくは110nm~180nm、より詳しくは120nm~180nmの結晶粒の大きさを有し得る。 According to one embodiment of the present invention, the lithium-titanium oxide particles have a crystal grain size of 100 nm to 200 nm, particularly a crystal grain size of 110 nm to 180 nm, and more particularly a crystal grain size of 120 nm to 180 nm. May have.

前記結晶粒の大きさが100nm未満である場合は、結晶粒界(grain boundary)の個数が多過ぎてリチウムイオンの挿入に不利であり、バッテリーの充電特性が悪くなる恐れがある一方、200nmを超えれば、粒子内部でリチウムイオンが拡散し難く、抵抗が増加して出力の低下につながる恐れがある。 When the size of the crystal grains is less than 100 nm, the number of grain boundaries is too large, which is disadvantageous for the insertion of lithium ions, and the charging characteristics of the battery may be deteriorated, while 200 nm is used. If it exceeds, lithium ions are difficult to diffuse inside the crystal, and the resistance may increase, leading to a decrease in output.

このようなリチウムチタン酸化物粒子の結晶粒の大きさは、X線回折分析によるリートベルト分析(Rietveld refinement)の商用プログラムであるTOPASを用いて確認することができる。TOPASプログラムを用いた結晶粒大きさの測定方法は、本発明の技術分野で通常使われる方法を適用可能である。 The crystal grain size of such lithium titanium oxide particles can be confirmed by using TOPAS, which is a commercial program of Rietveld refinement by X-ray diffraction analysis. As a method for measuring grain size using the TOPAS program, a method usually used in the technical field of the present invention can be applied.

また、前記リチウムチタン酸化物は、その製造副産物である炭酸リチウムの量がリチウムチタン酸化物100重量%に対して2重量%以下、1重量%以下、0.5重量%以下、0.1重量%以下、または0.05重量%以下であり得る。 In addition, the amount of lithium carbonate, which is a by-product of the production of the lithium titanium oxide, is 2% by weight or less, 1% by weight or less, 0.5% by weight or less, and 0.1% by weight with respect to 100% by weight of the lithium titanium oxide. % Or less, or 0.05% by weight or less.

前記リチウムチタン酸化物は、液相合成法である共沈法(corprecipitation)、ゾルゲル法(sol-gel)または水熱法(hydrothermal)のような方法で製造できるが、これらに限定されることはない。本願発明の特性を有するリチウムチタン酸化物粒子の製造が可能であれば、特定の製造方法に制限されない。 The lithium titanium oxide can be produced by a method such as a coprecipitation method, which is a liquid phase synthesis method, a sol-gel method, or a hydrothermal method, but is not limited thereto. do not have. As long as it is possible to produce lithium titanium oxide particles having the characteristics of the present invention, the present invention is not limited to a specific production method.

本発明の一実施例による、前記リチウムチタン酸化物(LTO)の製造方法は以下のようである。 The method for producing the lithium titanium oxide (LTO) according to an embodiment of the present invention is as follows.

まず、リチウム含有前駆体(例えば、LiOHなど)とチタン含有前駆体(例えば、TiOなど)をウエットミリングし、これを固相混合して、水に撹拌しながら溶解してスラリーを製造する。その後、所定の熱風温度で噴霧乾燥し、酸素または空気雰囲気で焼成して粉砕し、リチウムチタン酸化物粉末を収得する。 First, a lithium-containing precursor (for example, LiOH) and a titanium-containing precursor (for example, TiO 2 ) are wet-milled, mixed in a solid phase, and dissolved in water with stirring to produce a slurry. Then, it is spray-dried at a predetermined hot air temperature, fired in an oxygen or air atmosphere and pulverized to obtain a lithium titanium oxide powder.

このとき、前記リチウムチタン酸化物を1次粒子に製造する場合は、噴霧乾燥条件を変更して最も小さい粒径で製造し、焼成してから粉砕するときに粒度を制御することができる。また、前記リチウムチタン酸化物を2次粒子に製造する場合は、噴霧乾燥条件の変更を通じて目標粒度で製造し、焼成してから解砕して収得することができる。 At this time, when the lithium titanium oxide is produced as primary particles, the particle size can be controlled when the lithium titanium oxide is produced with the smallest particle size by changing the spray drying conditions, and the particles are fired and then pulverized. Further, when the lithium titanium oxide is produced as secondary particles, it can be produced at a target particle size by changing the spray drying conditions, calcined, and then crushed to obtain the particles.

前記リチウム含有前駆体とチタン含有前駆体をウエットミリングするときも、ミリング時間及びrpmの調節を通じてTiOの粒度を制御でき、それによって前記リチウムチタン酸化物粒子(粉末)の比表面積(BET)も変更させることができる。前記リチウムチタン酸化物粒子(粉末)の比表面積(BET)を高める方法としては、ミリング条件の変更(時間増加、rpm増加)、粉砕強度の増加、焼成温度の減少などが考えられ、比表面積を低める方法としては、ミリング条件の変更、粉砕強度の減少、焼成温度の増加などが考えられる。 When wet milling the lithium-containing precursor and the titanium-containing precursor, the particle size of TiO 2 can be controlled by adjusting the milling time and rpm, whereby the specific surface area (BET) of the lithium titanium oxide particles (powder) can also be controlled. Can be changed. As a method for increasing the specific surface area (BET) of the lithium titanium oxide particles (powder), it is conceivable to change the milling conditions (increase in time, increase in rpm), increase the crushing strength, decrease the firing temperature, and so on. Possible methods for lowering the milling conditions include changing the milling conditions, reducing the crushing strength, and increasing the firing temperature.

本発明の一実施例において、前記負極における負極活物質のローディング量は0.2mAh/cm~10mAh/cmであり得る。 In one embodiment of the present invention, the loading amount of the negative electrode active material in the negative electrode may be 0.2 mAh / cm 2 to 10 mAh / cm 2 .

本発明の一実施例によれば、前記負極活物質層はバインダー樹脂及び導電材をさらに含むことができる。ここで、前記負極活物質層は負極活物質:導電材:バインダー樹脂を80~95:3~13:2~9の重量比で含むことができる。 According to one embodiment of the present invention, the negative electrode active material layer can further contain a binder resin and a conductive material. Here, the negative electrode active material layer can contain a negative electrode active material: a conductive material: a binder resin in a weight ratio of 80 to 95: 3 to 13: 2 to 9.

また、前記負極活物質層は、前記リチウムチタン酸化物の外に、負極活物質として通常使用される人造黒鉛、天然黒鉛のような炭素質材料;Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、NiまたはFeである金属類(Me);前記金属類(Me)の合金類;前記金属類(Me)の酸化物(MeOx);及び前記金属類(Me)と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか1つの活物質またはこれらのうち2種以上の混合物をさらに含むことができる。 Further, in the negative electrode active material layer, in addition to the lithium titanium oxide, a carbonaceous material such as artificial graphite or natural graphite usually used as a negative electrode active material; Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, From metals (Me) which are Ce, Ni or Fe; alloys of the metals (Me); oxides (MeOx) of the metals (Me); and composites of the metals (Me) and carbon. Can further comprise any one active material selected from the group or a mixture of two or more of these.

前記バインダー樹脂としては、非制限的に、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(poly-N-vinylpyrrolidone;PVP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアミドイミド、ポリイミドなどから選択された1種または2種以上を混合して使用できるが、これらに限定されることはない。 The binder resin includes, without limitation, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB). ), Polyvinylidene fluoride (PVP), styrene butadiene rubber (SBR), polyamideimide, polyimide, etc., or a mixture of two or more thereof can be used, but the present invention is limited thereto. There is no.

前記導電材は、化学変化を誘発しない電気伝導性材料であれば、特に制限されず、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、スーパー-P(Super-P)ブラック、炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維などが挙げられる。 The conductive material is not particularly limited as long as it is an electrically conductive material that does not induce chemical changes, and is, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, super-P black. , Carbon fiber, metal powder such as copper, nickel, aluminum, silver or metal fiber.

本発明の具体的な一実施形態において、負極は以下のような方法によって製造することができる。 In a specific embodiment of the present invention, the negative electrode can be manufactured by the following method.

まず、負極活物質、バインダー樹脂及び導電材をエタノール(EtOH)、アセトン、イソプロピルアルコール、N-メチルピロリドン(NMP)、プロピレングリコール(PG)などの有機溶媒または水のような適切な溶媒に分散させて負極スラリーを製造し、それを圧着して電極の形態にするか、前記スラリーを金属ホイルにコーティングして電極の形態にするか、または、前記負極用組成物をローラーで押してシート状にしてから金属ホイルに貼り付けて電極の形態にし、電極の形態の結果物を100℃~350℃の温度で乾燥して負極を形成する。負極を形成する例をより具体的に説明すれば、負極スラリーをロールプレス成形機を用いて圧着して成形することができる。ロールプレス成形機は圧延による電極密度の向上及び電極の厚さ制御を目的とし、上段及び下段のロール、ロールの厚さ及び加熱温度を制御可能なコントローラ、電極を繰り出し/巻き取り可能な巻取部から構成される。ロール状態の電極がロールプレスを通過しながら圧延工程が施され、再びロール状態に巻き取られて電極が完成される。このとき、プレスの加圧力は5~20ton/cm、ロールの温度は0~150℃に制御され得る。プレス圧着工程を経たスラリーは乾燥工程を経る。乾燥工程は100℃~350℃、詳しくは150℃~300℃の温度で行われ得る。このとき、乾燥温度が100℃未満であれば溶媒が蒸発し難くて望ましくなく、350℃を超える高温乾燥では導電材が酸化する恐れがある。そして、乾燥工程は上記のような温度で約10分~6時間行うことができる。このような乾燥工程は、成形された負極用組成物を乾燥(溶媒蒸発)させると同時に、粉末粒子を結束させて負極の強度を向上させることができる。 First, the negative electrode active material, the binder resin and the conductive material are dispersed in an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), propylene glycol (PG) or an appropriate solvent such as water. Negative electrode slurry is produced and crimped into the form of an electrode, the slurry is coated on a metal foil to form an electrode, or the negative electrode composition is pressed with a roller to form a sheet. Is attached to a metal foil to form an electrode, and the result of the electrode form is dried at a temperature of 100 ° C. to 350 ° C. to form a negative electrode. More specifically, an example of forming the negative electrode can be described by crimping the negative electrode slurry with a roll press molding machine. The roll press forming machine aims to improve the electrode density by rolling and control the thickness of the electrodes. It consists of parts. The rolling process is performed while the rolled electrode passes through the roll press, and the electrode is wound again in the rolled state to complete the electrode. At this time, the pressing force of the press can be controlled to 5 to 20 ton / cm 2 , and the temperature of the roll can be controlled to 0 to 150 ° C. The slurry that has undergone the press crimping process undergoes a drying process. The drying step can be carried out at a temperature of 100 ° C. to 350 ° C., specifically 150 ° C. to 300 ° C. At this time, if the drying temperature is less than 100 ° C., the solvent is difficult to evaporate, which is not desirable, and if the drying temperature exceeds 350 ° C., the conductive material may be oxidized. The drying step can be performed at the above temperature for about 10 minutes to 6 hours. In such a drying step, the molded negative electrode composition can be dried (solvent evaporation), and at the same time, powder particles can be bound to improve the strength of the negative electrode.

本発明のリチウム二次電池は、上述した負極、正極、前記正極と負極との間に介在されるセパレータ、及び電解液を含んで構成される。 The lithium secondary battery of the present invention is configured to include the above-mentioned negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution.

前記正極は、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造することができ、必要に応じて、前記混合物に充填材をさらに含むことができる。前記正極活物質は、リチウムの可逆的な挿入(intercalation)及び脱離(deintercalation)が可能な化合物であって、具体的にはコバルト、マンガン、ニッケルまたはアルミニウムのような1種以上の金属とリチウムとを含むリチウム複合金属酸化物を含むことができる。より具体的に、前記リチウム複合金属酸化物は、リチウム-マンガン系酸化物(例えば、LiMnO、LiMnなど)、リチウム-コバルト系酸化物(例えば、LiCoOなど)、リチウム-ニッケル系酸化物(例えば、LiNiOなど)、リチウム-ニッケル-マンガン系酸化物(例えば、LiNi1-YMn(ここで、0<Y<1)、LiMn2-zNi(ここで、0<Z<2)など)、リチウム-ニッケル-コバルト系酸化物(例えば、LiNi1-Y1CoY1(ここで、0<Y1<1)など)、リチウム-マンガン-コバルト系酸化物(例えば、LiCo1-Y2MnY2(ここで、0<Y2<1)、LiMn2-z1Coz1(ここで、0<Z1<2)など)、リチウム-ニッケル-マンガン-コバルト系酸化物(例えば、Li(NiCoMnr1)O(ここで、0<p<1、0<q<1、0<r1<1、p+q+r1=1)またはLi(Nip1Coq1Mnr2)O(ここで、0<p1<2、0<q1<2、0<r2<2、p1+q1+r2=2)など)、またはリチウム-ニッケル-コバルト-遷移金属(M)酸化物(例えば、Li(Nip2Coq2Mnr3S2)O(ここで、MはAl、Fe、V、Cr、Ti、Ta、Mg及びMoからなる群より選択され、p2、q2、r3及びs2はそれぞれ独立した元素の原子分率であって、0<p2<1、0<q2<1、0<r3<1、0<s2<1、p2+q2+r3+s2=1)など)などが挙げられ、これらのうちいずれか1つまたは2つ以上の化合物を含むことができる。
中でも、電池の容量特性及び安定性の向上という面から、前記リチウム複合金属酸化物としてLiCoO、LiMnO、LiMn、LiNiO、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物(例えば、Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O、Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O、Li(Ni0.4Mn0.3Co0.3)O、Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O、Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O及びLi(Ni0.8Mn0.1Co0.1)Oなど)、またはリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物(例えば、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)Oなど)などを使用でき、特に、電圧上昇による保存後の出力特性効果をさらに改善するため、前記リチウム複合金属酸化物としてリチウム-マンガン系酸化物であるLiMnOまたはLiMn(LMO)を含むことができる。
The positive electrode can be produced by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector and then drying the positive electrode, and if necessary, the mixture can further contain a filler. .. The positive electrode active material is a compound capable of reversible insertion and desorption of lithium, specifically one or more metals such as cobalt, manganese, nickel or aluminum and lithium. Lithium composite metal oxides including and can be included. More specifically, the lithium composite metal oxide is a lithium-manganese oxide (for example, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 or the like), a lithium-cobalt oxide (for example, LiCoO 2 or the like), or a lithium-nickel oxide. Oxides (eg, LiNiO 2 ), lithium-nickel-manganese oxides (eg, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (here 0 <Y <1), LiMn 2-z Ni z O 4 (here) Then, 0 <Z <2), etc.), lithium-nickel-cobalt oxide (for example, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0 <Y1 <1), etc.), lithium-manganese-cobalt oxide. (For example, LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (here, 0 <Y2 <1), LiMn 2-z1 Coz1 O 4 (here, 0 <Z1 <2), etc.), Lithium-nickel-manganese- Cobalt oxide (eg, Li (Ni p Co q Mn r1 ) O 2 (where 0 <p <1, 0 <q <1, 0 <r1 <1, p + q + r1 = 1) or Li (Ni p1 Co) q1 Mn r2 ) O 4 (where 0 <p1 <2, 0 <q1 <2, 0 <r2 <2, p1 + q1 + r2 = 2), etc.), or lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (where For example, Li (Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 ) O 2 (where M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, p2, q2, r3 and s2. Is the atomic fraction of each independent element, and examples thereof include 0 <p2 <1, 0 <q2 <1, 0 <r3 <1, 0 <s2 <1, p2 + q2 + r3 + s2 = 1), and the like. Any one or more of them can be contained.
Among them, from the viewpoint of improving the capacity characteristics and stability of the battery, the lithium composite metal oxides include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li (Ni 1 / 1)). 3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 , Li (Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ) O 2 , Li (Ni 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 ) O 2 , Li (Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) O 2 , Li (Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 ) O 2 and Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 etc.) or lithium nickel cobalt aluminum oxide (for example, Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2 etc.) can be used, and in particular, the output characteristic effect after storage due to a voltage increase can be used. In order to further improve the above, the lithium composite metal oxide may contain LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 (LMO), which are lithium-manganese-based oxides.

前記正極活物質は、正極スラリーのうちの固形分の総重量に基づいて80重量%~99重量%で含むことができる。前記正極集電体の非制限的な例としては、アルミニウム、ニッケルまたはこれらの組合せによって製造されるホイルなどが挙げられる。導電材及びバインダーについては上述した負極についての記載を参照できる。 The positive electrode active material can be contained in an amount of 80% by weight to 99% by weight based on the total weight of the solid content in the positive electrode slurry. Non-limiting examples of the positive electrode current collector include aluminum, nickel, or foil manufactured by a combination thereof. For the conductive material and the binder, the above-mentioned description about the negative electrode can be referred to.

前記セパレータは、通常多数の気孔を有する多孔性基材単独の形態であるか、または、前記多孔性基材の少なくとも一面上にコーティングされた多数の無機物粒子及びバインダー高分子を含む多孔性コーティング層を含む形態であり得る。 The separator is usually in the form of a porous substrate alone having a large number of pores, or a porous coating layer containing a large number of inorganic particles and a binder polymer coated on at least one surface of the porous substrate. Can be in the form of.

前記多孔性基材は、多孔性高分子基材であり得、具体的には多孔性高分子フィルム基材または多孔性高分子不織布基材が挙げられる。 The porous substrate can be a porous polymer substrate, and specific examples thereof include a porous polymer film substrate and a porous polymer non-woven substrate.

前記多孔性高分子フィルム基材は、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィンからなる多孔性高分子フィルムであり得、このようなポリオレフィン多孔性高分子フィルム基材は、例えば80~130℃の温度でシャットダウン機能を果たす。 The porous polymer film base material may be a porous polymer film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, and such a polyolefin porous polymer film base material shuts down at a temperature of, for example, 80 to 130 ° C. Fulfill function.

また、前記多孔性高分子フィルム基材は、ポリオレフィンの外にポリエステルなどの多様な高分子を用いてフィルム状に成形して製造することもできる。また、前記多孔性高分子フィルム基材は、2層以上のフィルム層が積層された構造で形成でき、それぞれのフィルム層は上述したポリオレフィン、ポリエステルなどの高分子単独またはこれらを2種以上混合した高分子から形成することもできる。 Further, the porous polymer film base material can also be produced by molding it into a film using various polymers such as polyester in addition to polyolefin. Further, the porous polymer film base material can be formed in a structure in which two or more film layers are laminated, and each film layer is a polymer such as the above-mentioned polyolefin or polyester alone or a mixture of two or more thereof. It can also be formed from macromolecules.

また、前記多孔性高分子フィルム基材及び多孔性不織布基材は、上記のようなポリオレフィン系の外に、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエチレンナフタレートなどをそれぞれ単独またはこれらを混合した高分子から形成することができる。前記多孔性基材の厚さは、特に制限されず、望ましくは1~100μm、より望ましくは5~50μmであり、多孔性基材に存在する気孔の大きさ及び気孔度も特に制限されず、それぞれ0.01~50μm及び10~95%であることが望ましい。 In addition to the above-mentioned polyolefin-based materials, the porous polymer film base material and the porous non-woven fabric base material include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, and polyether ether ketone. Polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylen sulphide, polyethylene naphthalate and the like can be formed from a polymer alone or a mixture thereof. The thickness of the porous substrate is not particularly limited, preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm, and the size and degree of pores present in the porous substrate are not particularly limited. It is desirable that it is 0.01 to 50 μm and 10 to 95%, respectively.

本発明の一態様によるセパレータにおいて、多孔性コーティング層の形成に使用されるバインダー高分子としては、当業界で多孔性コーティング層の形成に通常使用される高分子を使用することができる。特に、ガラス転移温度(glass transition temperature、T)が-200~200℃の高分子を使用できるが、これは最終的に形成される多孔性コーティング層の柔軟性及び弾性などのような機械的物性を向上できるからである。このようなバインダー高分子は、無機物粒子同士の間を連結し安定的に固定するバインダー役割を果たすことで、多孔性コーティング層が導入されたセパレータの機械的物性の低下を防止することができる。 In the separator according to one aspect of the present invention, as the binder polymer used for forming the porous coating layer, a polymer usually used for forming the porous coating layer in the art can be used. In particular, polymers with a glass transition temperature ( Tg ) of -200 to 200 ° C. can be used, which are mechanical such as the flexibility and elasticity of the finally formed porous coating layer. This is because the physical properties can be improved. Such a binder polymer plays a role of a binder that connects and stably fixes the inorganic particles to each other, so that it is possible to prevent deterioration of the mechanical properties of the separator into which the porous coating layer is introduced.

また、前記バインダー高分子は、イオン伝導能を必ずしも有する必要はないが、イオン伝導能を有する高分子を使用する場合、電気化学素子の性能を一層向上させることができる。したがって、前記バインダー高分子はなるべく誘電率定数の高いものを使用することができる。実際電解液における塩の解離度は電解液溶媒の誘電率定数に依存するため、前記バインダー高分子の誘電率定数が高いほど電解質における塩解離度を向上させることができる。このようなバインダー高分子の誘電率定数は、1.0~100(測定周波数=1kHz)範囲が使用可能であり、特に10以上であり得る。 Further, the binder polymer does not necessarily have to have ionic conductivity, but when a polymer having ionic conductivity is used, the performance of the electrochemical element can be further improved. Therefore, the binder polymer having a high dielectric constant can be used as much as possible. In fact, the degree of dissociation of the salt in the electrolytic solution depends on the dielectric constant of the solvent of the electrolytic solution. Therefore, the higher the constant of the dielectric constant of the binder polymer, the more the degree of dissociation of the salt in the electrolyte can be improved. The dielectric constant of such a binder polymer can be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), and may be 10 or more in particular.

上述した機能の外に、前記バインダー高分子は、液体電解液の含浸時にゲル化して高い電解液膨潤度(degree of swelling)を示す特徴を有し得る。そのため、前記バインダー高分子の溶解度指数、すなわちヒルデブラント溶解度指数(Hildebrand solubility parameter)が15~45MPa1/2または15~25MPa1/2または30~45MPa1/2の範囲である。したがって、ポリオレフィン類のような疎水性高分子よりは極性基を多く有する親水性高分子をより望ましく使用することができる。前記溶解度指数が15MPa1/2未満か45MPa1/2超過の場合、通常の電池用液体電解液によって膨潤(swelling)され難い恐れがあるためである。 In addition to the above-mentioned functions, the binder polymer may have a feature of gelling when impregnated with the liquid electrolytic solution and exhibiting a high degree of swelling of the electrolytic solution (degree of swelling). Therefore, the solubility index of the binder polymer, that is, the Hildebrand solubility parameter is in the range of 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2 or 30 to 45 MPa 1/2 . Therefore, a hydrophilic polymer having more polar groups than a hydrophobic polymer such as polyolefin can be more preferably used. This is because when the solubility index is less than 15 MPa 1/2 or more than 45 MPa 1/2 , it may be difficult to swell with a normal liquid electrolyte for batteries.

このようなバインダー高分子の非制限的な例としては、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン-トリクロロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリアリレート、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン及びカルボキシメチルセルロースなどが挙げられるが、これらに限定されることはない。 Non-limiting examples of such a binder polymer include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, and ethylenevinylacetate. Polymers, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl purulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, purulan, carboxymethyl cellulose and the like, but are limited thereto. There is no such thing.

前記無機物粒子とバインダー高分子との重量比は、例えば50:50~99:1が望ましく、より望ましくは70:30~95:5である。バインダー高分子に対する無機物粒子の含量比が上記の範囲を満足すれば、バインダー高分子の含量が多くなって形成されるコーティング層の気孔の大きさ及び気孔度が減少する問題を防止でき、バインダー高分子の含量が少なくなって形成されるコーティング層の耐剥離性が弱化する問題も解消することができる。 The weight ratio of the inorganic particles to the binder polymer is preferably, for example, 50:50 to 99: 1, and more preferably 70:30 to 95: 5. If the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer satisfies the above range, it is possible to prevent the problem that the pore size and the porosity of the coating layer formed by increasing the content of the binder polymer decrease, and the binder height can be prevented. It is also possible to solve the problem that the peeling resistance of the coating layer formed by reducing the molecular content is weakened.

前記多孔性コーティング層において、多数の無機物粒子は充填されて互いに接触した状態で前記バインダー高分子によって互いに結着し、それによって無機物粒子同士の間にインタースティシャル・ボリューム(interstitial volume )が形成され、前記無機物粒子同士の間のインタースティシャル・ボリュームは空いた空間になって気孔を形成する。 In the porous coating layer, a large number of inorganic particles are filled and bound to each other by the binder polymer in a state of being in contact with each other, whereby an interstitial volume is formed between the inorganic particles. , The interstitial volume between the inorganic particles becomes an empty space and forms pores.

すなわち、バインダー高分子は、無機物粒子同士が互いに結着した状態を維持できるようにこれらを互いに付着、例えば、バインダー高分子が無機物粒子同士の間を連結及び固定している。また、前記多孔性コーティング層の気孔は無機物粒子同士の間のインタースティシャル・ボリュームが空いた空間になって形成された気孔であり、これは無機物粒子による充填構造(closed packed or densely packed)で実質的に面接する無機物粒子によって限定される空間である。 That is, the binder polymer adheres to each other so that the inorganic particles can be maintained in a state of being bound to each other, for example, the binder polymer connects and fixes the inorganic particles to each other. Further, the pores of the porous coating layer are pores formed by forming an interstitial volume between the inorganic particles, which is a closed packed or dense packed structure. It is a space limited by the inorganic particles that are substantially in contact with each other.

前記無機物粒子は、誘電率定数が約5以上の無機物粒子、リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子及びこれらの混合物からなる群より選択される。 The inorganic particles are selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of about 5 or more, inorganic particles having a lithium ion transfer ability, and a mixture thereof.

本発明の一実施例によれば、前記電解液はAのような構造の塩を含む。ここで、AはLi、Na、Kのようなアルカリ金属陽イオンまたはこれらの組合せからなるイオン、望ましくはLiイオンを含む。BはF、Cl、Br、I、NO 、BF 、PF 、N(CN) 、SCN、ClO 、AsF 、CFSO 、(CFSO 、C(CFSO 、(CFPF 、(CFPF 、(CFPF、(CF、(CFCFSO N、(CFSO、CFSO 、CFCF(CFCO、(CFSOCH、(CFSO、CF(CFSO 、CFCO 、CHCO のような陰イオンまたはこれらの組合せからなるイオンを含む。望ましくは、このようなA構造の塩はリチウム塩である。 According to one embodiment of the present invention, the electrolytic solution contains a salt having a structure such as A + B . Here, A + includes an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or an ion composed of a combination thereof, preferably a Li + ion. B - is F-, Cl- , Br- , I- , NO 3- , BF 4- , PF 6- , N (CN) 2- , SCN, ClO 4- , AsF 6- , CF 3 SO 3- , (CF 3 SO 2 ) 2- , C (CF 2 SO 2 ) 3- , (CF 3 ) 3 PF 3- , (CF 3 ) 4 PF 2- , (CF 3 ) 5 PF- , (CF 3 ) 6 P- , (CF 3 CF 2 SO 2- ) 2 N, (CF 3 SO 2 ) 2 N- , CF 3 SO 3- , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO- , (CF 3 SO 2 ) 2 Includes anions such as CH- , ( CF 3 SO 2 ) 3 C- , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3- , CF 3 CO 2- , CH 3 CO 2- or a combination thereof. Desirably, the salt having such an A + B - structure is a lithium salt.

このようなA構造の塩は有機溶媒に溶解または解離される。有機溶媒の例としては、非制限的にプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ-ブチロラクトン)またはこれらの混合物が挙げられる。 Salts of such A + B - structure are dissolved or dissociated in organic solvents. Examples of organic solvents include, but are not limited to, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, etc. Diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone) or mixtures thereof can be mentioned.

前記電解液は、最終製品の製造工程及び求められる物性に応じて、電池製造工程の適切な段階で注入することができる。すなわち、電池の組立前または電池組立の最終段階などで適用可能である。 The electrolytic solution can be injected at an appropriate stage in the battery manufacturing process depending on the manufacturing process of the final product and the required physical characteristics. That is, it can be applied before assembling the battery or at the final stage of battery assembly.

本発明の一態様によれば、前記リチウム二次電池を単位電池として含む電池モジュール及び前記電池モジュールを含むバッテリーパックが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a battery module containing the lithium secondary battery as a unit battery and a battery pack containing the battery module.

本発明のリチウム二次電池は、上述したように、高温特性と電池容量の減少を実質的にもたらすことなく出力特性の向上を達成できるように、リチウムチタン酸化物を負極活物質として用いて、安価で常温安定性の高いリチウムマンガン複合酸化物を正極活物質として用いることで、自動車の鉛蓄バッテリーの代替用または追加装着用としてより効率的に使用可能なバッテリーパックを提供することができる。 As described above, the lithium secondary battery of the present invention uses lithium titanium oxide as a negative electrode active material so that improvement in output characteristics can be achieved without substantially reducing high temperature characteristics and battery capacity. By using an inexpensive lithium manganese composite oxide having high room temperature stability as a positive electrode active material, it is possible to provide a battery pack that can be used more efficiently as a substitute for a lead storage battery of an automobile or for additional mounting.

前記バッテリーパックは、複数のリチウム二次電池が直列で連結された形態であるか、または、複数のリチウム二次電池が並列で連結されて具現されたリチウム二次電池モジュールが複数直列で連結された形態であり得る。 The battery pack is in the form of a plurality of lithium secondary batteries connected in series, or a plurality of lithium secondary battery modules embodied by connecting a plurality of lithium secondary batteries in parallel are connected in series. Can be in the form of

前記電池パックは、高温安定性、長いサイクル特性及び高いレート特性などが求められるデバイスの電源として使用することができる。前記デバイスの具体的な例としては、電気モーターから動力を受けて動くパワーツール;電気自動車(Electric Vehicle、EV)、マイクロハイブリッド電気自動車(micro Hybrid Electric Vehicle、μ-HEV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグ-インハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)などを含む自動車;電気自転車(E-bike)、電気スクーター(E-scooter)を含む二輪車;電気ゴルフカート(electric golf cart);電力貯蔵用システムなどが挙げられるが、これらに限定されることはない。 The battery pack can be used as a power source for devices that require high temperature stability, long cycle characteristics, high rate characteristics, and the like. Specific examples of the device include a power tool powered by an electric motor; an electric vehicle (EV), a microhybrid electric vehicle (μ-HEV), and a hybrid electric vehicle (HEV). ), Vehicles including Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEVs, etc .; Two-wheeled vehicles including E-bikes, E-scooters; electric golf carts Examples include, but are not limited to, power storage systems.

以下、本発明を具体的な実施例を挙げて説明する。しかし、本発明による実施例は多くの他の形態に変形され得、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. However, the examples according to the invention can be transformed into many other embodiments and should not be construed as limiting the scope of the invention to the examples described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those with average knowledge in the art.

〔実施例1〕
下記表1のように粒子形態、比表面積、平均粒径(D50)及びペレット密度を変化させたリチウムチタン酸化物LiTi12粉末を用いて下記のように負極を製造した。
[Example 1]
As shown in Table 1 below, a negative electrode was produced using lithium-titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder in which the particle morphology, specific surface area, average particle size (D50) and pellet density were changed.

前記リチウムチタン酸化物LiTi12粉末92重量%、導電材としてカーボンブラック4重量%及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)4重量%を、溶媒であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に添加して負極混合物スラリーを製造した。製造された前記負極混合物スラリーを厚さ20μm程度の負極集電体であるアルミニウム(Al)薄膜に塗布し乾燥した後、ロールプレスを実施して約33%の孔隙率を有する活物質層が形成された負極を製造した。 92% by weight of the lithium titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder, 4% by weight of carbon black as a conductive material, 4% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. ) To produce a negative mixture slurry. The produced negative electrode mixture slurry is applied to an aluminum (Al) thin film which is a negative electrode current collector having a thickness of about 20 μm, dried, and then rolled pressed to form an active material layer having a porosity of about 33%. Manufactured the negative electrode.

<正極の製造>
正極活物質としてLi(Ni0.4Co0.3Mn0.3)O91重量%、導電材としてカーボンブラック3.5重量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン5.5重量%を、溶媒であるN-メチル-2-ピロリドンに添加して正極混合物スラリーを製造した。前記正極混合物スラリーを厚さ20μm程度の正極集電体であるアルミニウム(Al)薄膜に塗布し乾燥した後、ロールプレスを実施して正極を製造した。
<Manufacturing of positive electrode>
Li (Ni 0.4 Co 0.3 Mn 0.3 ) O 2 91% by weight as the positive electrode active material, 3.5% by weight of carbon black as the conductive material, 5.5% by weight of polyvinylidene fluoride as the binder, in a solvent. A positive electrode mixture slurry was prepared by adding to a certain N-methyl-2-pyrrolidone. The positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film which is a positive electrode current collector having a thickness of about 20 μm, dried, and then rolled pressed to produce a positive electrode.

<リチウム二次電池の製造>
このように製造された正極と負極との間に多孔性ポリエチレンセパレータを介在して電極組立体を製造した後、これをパウチ型電池ケースに収納し、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを30:70の体積比で混合した溶媒に1M LiPFが溶解された電解質を注入し封止してリチウム二次電池を製造した。
<Manufacturing of lithium secondary batteries>
An electrode assembly is manufactured by interposing a porous polyethylene separator between the positive electrode and the negative electrode manufactured in this manner, and then the electrode assembly is housed in a pouch-type battery case to form ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC). A lithium secondary battery was manufactured by injecting and sealing an electrolyte in which 1M LiPF 6 was dissolved in a solvent in which and was mixed at a volume ratio of 30:70.

<ハーフセルの製造>
以下のようにハーフセルを製造した。
<Manufacturing of half cell>
A half cell was manufactured as follows.

前記リチウムチタン酸化物LiTi12粉末92重量%、導電材としてカーボンブラック4重量%及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン4重量%を、溶媒であるN-メチル-2-ピロリドンに添加して負極混合物スラリーを製造した。前記スラリーをアルミニウムホイル上に90μmの厚さで塗布した後、120℃で真空乾燥して負極を製造した(ローディング量:145±5mg/25cm)。 92% by weight of the lithium titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder, 4% by weight of carbon black as a conductive material, and 4% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are added to the solvent N-methyl-2-pyrrolidone to cause a negative electrode. A mixture slurry was produced. The slurry was applied onto aluminum foil to a thickness of 90 μm and then vacuum dried at 120 ° C. to produce a negative electrode (loading amount: 145 ± 5 mg / 25 cm 2 ).

その後、前記負極を直径12mmの円形にした後、リチウム金属ホイルを相対極にして2032タイプのコインハーフセルを製造した。このとき、電解液としては、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート及びジメチルカーボネートを2:2:6の体積比で混合した溶媒に溶解された1.0M LiPF溶液を使用した。 Then, after making the negative electrode into a circle with a diameter of 12 mm, a 2032 type coin half cell was manufactured by using a lithium metal foil as a relative electrode. At this time, as the electrolytic solution, a 1.0 M LiPF 6 solution dissolved in a solvent in which ethyl methyl carbonate, propylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 2: 6 was used.

〔実施例2~6〕
下記表1のように粒子形態、比表面積、平均粒径(D50)及びペレット密度を変化させたリチウムチタン酸化物LiTi12粉末を用いたことを除き、実施例1と同じ方法で負極、リチウム二次電池及びハーフセルをそれぞれ製造した。
[Examples 2 to 6]
The same method as in Example 1 except that lithium-titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder with varying particle morphology, specific surface area, average particle size (D50) and pellet density was used as shown in Table 1 below. Negatives, lithium secondary batteries and half cells were manufactured respectively.

〔比較例1~8〕
下記表1のように粒子形態、比表面積、平均粒径(D50)及びペレット密度を変化させたリチウムチタン酸化物LiTi12粉末を用いたことを除き、実施例1と同じ方法で負極、リチウム二次電池及びハーフセルをそれぞれ製造した。
[Comparative Examples 1 to 8]
The same method as in Example 1 except that lithium-titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder with varying particle morphology, specific surface area, average particle size (D50) and pellet density was used as shown in Table 1 below. Negatives, lithium secondary batteries and half cells were manufactured respectively.

Figure 0007038956000001
Figure 0007038956000001

〔特性の測定〕
(1)比表面積
実施例1~6及び比較例1~8で使用したリチウムチタン酸化物LiTi12粉末の比表面積を以下のように測定した。
[Measurement of characteristics]
(1) Specific Surface Area The specific surface area of the lithium titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8 was measured as follows.

200℃でLiTi12粉末を熱処理した後、BET比表面積分析装置(Brunauer Emmett Teller、BET)を用いて比表面積を測定した。その結果を表1及び表3に示した。 After heat-treating the Li 4 Ti 5 O 12 powder at 200 ° C., the specific surface area was measured using a BET specific surface area analyzer (Brunauer Emmet Teller, BET). The results are shown in Tables 1 and 3.

(2)平均粒径(D50)
実施例1~6及び比較例1~8で使用したリチウムチタン酸化物LiTi12粉末の平均粒径を以下のように測定した。
(2) Average particle size (D50)
The average particle size of the lithium titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 powder used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8 was measured as follows.

10mlのバイアル(vial)に、LiTi12粉末0.35g及び分散剤としてNaPO10重量%溶液を5滴添加し、水をバイアルにいっぱい注ぎ、超音波分解処理(sonification)を2分間施した後、処理された粉末を粒度分析機(マイクロトラック社製)を用いて平均粒径を測定した。その結果を表1及び表3に示した。 To a 10 ml vial, add 0.35 g of Li 4 Ti 5 O 12 powder and 5 drops of NaPO 3 10 wt% solution as a dispersant, pour water into the vial and perform ultrasonic decomposition treatment (sonification) 2 After applying for a minute, the treated powder was measured for average particle size using a particle size analyzer (manufactured by Microtrac). The results are shown in Tables 1 and 3.

(3)ペレット密度
実施例1~6及び比較例1~8で使用したリチウムチタン酸化物の圧延密度は、三菱ケミカル社製の粉体抵抗測定機MCP-PD51を用いて測定した。その結果を表1及び表3に示した。
(3) Pellet Density The rolling density of the lithium titanium oxide used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8 was measured using a powder resistance measuring machine MCP-PD51 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The results are shown in Tables 1 and 3.

(4)Li挿入基準初期容量(0.2C、mAh/g)
実施例1~6、比較例1~4及び比較例6~8で製造したハーフセルを用いて、0.2Cで二回目の放電(Li挿入)容量を基準にして測定した。カットオフ電圧は1.0V~2.5Vであった。
(4) Li insertion reference initial capacity (0.2C, mAh / g)
Using the half cells produced in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4 and Comparative Examples 6 to 8, measurements were made at 0.2 C based on the second discharge (Li insertion) capacity. The cutoff voltage was 1.0V to 2.5V.

(5)レート(挿入基準)容量比(10C/0.2C)(%)
実施例1~6、比較例1~4及び比較例6~8で製造したハーフセルを用いて、下記表2のパターンで充放電して1st段階の二回目サイクルの0.2C放電容量に対する3rd段階の10C放電容量の比率を測定した。このとき、各段階の間には20分間の休止時間を与えた。その測定結果を表3に示した。
(5) Rate (insertion standard) capacity ratio (10C / 0.2C) (%)
Using the half cells manufactured in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4 and Comparative Examples 6 to 8, charging and discharging are performed according to the pattern shown in Table 2 below, and the discharge capacity is 3 with respect to the 0.2C discharge capacity of the second cycle of the 1st stage. The ratio of the 10C discharge capacity in the rd stage was measured. At this time, a rest period of 20 minutes was given between each stage. The measurement results are shown in Table 3.

この容量比率の値が大きくなるほど、電池におけるリチウムに対する拡散性(diffusion)が優れ、電解液がLTO活物質粒子を十分含浸(wetting)して、高出力電池の形成に有利であることを意味する。 The larger the value of this capacity ratio, the better the diffusion to lithium in the battery, which means that the electrolytic solution sufficiently impregnates the LTO active material particles (wetting), which is advantageous for forming a high output battery. ..

Figure 0007038956000002
Figure 0007038956000002

Figure 0007038956000003
Figure 0007038956000003

表3を参照すれば、本発明の実施例1~6の場合、0.5μm~9μmの平均粒径(D50)、3m/g~7m/gの比表面積、及び64MPaの圧力下で1.7g/cc以上のペレット密度をすべて満足するリチウムチタン酸化物粒子を負極活物質として適用した結果、電池の容量とレート特性が何れも優れて高出力電池に適用可能であることが確認できる。 Referring to Table 3, in the case of Examples 1 to 6 of the present invention, the average particle size (D50) of 0.5 μm to 9 μm, the specific surface area of 3 m 2 / g to 7 m 2 / g, and the pressure of 64 MPa. As a result of applying lithium titanium oxide particles satisfying all pellet densities of 1.7 g / cc or more as the negative electrode active material, it can be confirmed that the capacity and rate characteristics of the battery are both excellent and applicable to a high output battery. ..

一方、比較例は、平均粒径、比表面積及びペレット密度のうち1つ以上の条件を満たさないため、容量レート特性が劣るか、電極を製造し難いか、それとも、セル設計自体が不可能であった。 On the other hand, in the comparative example, since one or more of the average particle size, the specific surface area, and the pellet density are not satisfied, the capacity rate characteristics are inferior, the electrode is difficult to manufacture, or the cell design itself is impossible. there were.

Claims (4)

リチウムチタン酸化物粒子を含む負極活物質であって、
前記リチウムチタン酸化物粒子が、全部1次粒子であり、0.5μm~1.2μmの平均粒径(D50)、/g~7m/gの比表面積、及び64MPaの圧力下で1.7g/cc~1.82g/ccのペレット密度を有し、
前記リチウムチタン酸化物が下記化学式1で表される、負極活物質:
[化1]
LiTi
(式において、MはZr、B、Sn、S、Be、Ge及びZnからなる群より選択された1種または2種以上の混合物であり、0.5≦x≦5、1≦y≦5、2≦z≦12、0≦w<0.1である)。
A negative electrode active material containing lithium-titanium oxide particles,
The lithium titanium oxide particles are all primary particles, having an average particle size (D50) of 0.5 μm to 1.2 μm, a specific surface area of 5 m 2 / g to 7 m 2 / g, and a pressure of 64 MPa. With a pellet density of 1.7 g / cc to 1.82 g / cc .
The negative electrode active material in which the lithium titanium oxide is represented by the following chemical formula 1:
[Chemical 1]
Li x Ty Oz M w
(In the formula, M is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of Zr, B, Sn, S, Be, Ge and Zn, 0.5 ≦ x ≦ 5, 1 ≦ y ≦ 5. , 2 ≦ z ≦ 12, 0 ≦ w <0.1).
前記リチウムチタン酸化物が、Li0.8Ti2.2、Li2.67Ti1.33、Li1.33Ti1.67、Li1.14Ti1.71、LiTi12、LiTi及びLiTiOからなる群より選択された1種以上である、請求項1に記載の負極活物質。 The lithium titanium oxide is Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , Li 1.14 Ti 1.71 O 4 . The negative electrode active material according to claim 1, wherein the negative electrode active material is at least one selected from the group consisting of Li 4 Ti 5 O 12 , Li Ti 2 O 4 and Li 2 TiO 3 . 前記負極活物質が、炭素質材料;Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、NiまたはFeである金属類(Me);前記金属類(Me)の合金類;前記金属類(Me)の酸化物(MeOx);及び前記金属類(Me)と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか1つの活物質またはこれらのうち2種以上の混合物をさらに含む、請求項1に記載の負極活物質。 Metals (Me) in which the negative electrode active material is a carbonaceous material; Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; alloys of the metals (Me); the metals (Me). 1), which further comprises any one active material selected from the group consisting of an oxide (MeOx); and a complex of the metal (Me) and carbon, or a mixture of two or more thereof. The negative electrode active material described in. 正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータ、及び電解液を含み、
前記負極活物質が請求項1~請求項のうちいずれか一項に記載の負極活物質であるリチウム二次電池。
A positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution are included.
A lithium secondary battery in which the negative electrode active material is the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 3 .
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